电池保护IC把关电池组安全，引入电池均衡功能

电子发烧友网报道（文/李宁远）电池管理IC一直是非常火热的一类产品，应用合适的电池管理IC可以提高电池供电效率，延长使用寿命，让系统更加可靠。不同类别的电池管理IC应用大不相同，从电池认证IC到充电器IC，从电量监测到平衡器，还有我们今天关注的——电池保护器。
 
我们知道，包含锂基（锂离子和锂聚合物）化学电池的电池组具有高能量密度和较长续航时间，但相比其他一些技术锂电池不具有记忆效应。这些特性使得锂离子电池非常适合便携式电子系统，但锂离子电池需要在额定限值内工作，注重性能和安全性。因此单芯和多芯电池中各种故障情况（包括过压OV、欠压、放电过流OCD和过热OT）的检测是至关重要的。电池保护器的应用就是为了避免此类故障情况的发生，增强电池组的安全性。
 
电池保护器、电池监控器、电量监测计如何选择？
 
电池保护器、电池监控器以及电量监测计在应用上有一些相似的地方，这些电池管理IC会在某一监测值或者某几个监测值（电压、电流、温度）超出限值时向系统发出信号或者直接进行响应。此类响应可能是向系统发送信号，或是与系统进行通信，抑或是进行一次开关以防止充电或放电，在某些特殊情况下，这个响应甚至可以是直接断开保险丝。
 
那么该如何选择才是最合适的呢？这需要根据电池组类型来确定。对于简单电池组，一个简单保护器即可满足所有保护需求，从集成级别来说，保护器是最简单基于硬件的保护。这个电池保护器可以是基本过压保护器，也可以是能够对欠压、温度故障或电流故障进行响应的高级保护器。
 
电池监控器则在更高节数的电池中所使用。电池监控器测量单节电池的电压、电池电流和温度，并将这些数值报告给控制器。电池监控器还可提供电池平衡功能，用以延长电池运行时间并且延长电池寿命。一般电池监控器还包含可配置性较高的IC保护功能。
 
对于更高级的电池组，则可以使用电量监测计，从集成角度来说，这是集成度最高的一类IC。电量监测计包含了电池监控器的功能，并在其基础之上集成了高级监测算法。电量计IC可以报告电池的剩余电量、运行时间和充电状态，并且基于软件的保护进一步增强了对电池的防护。
 
如果说电池监控器是大大增加了电池组设计的灵活性，电量监测计则是使电池组设计的集成程度达到了最高，而电池保护器，作为最简单的基于硬件的保护让电池组设计的复杂性降至最低。
 
不同保护类型的电池保护器，均衡功能引入
 
根据电池保护器不同的保护类型，按照不同的保护等级现在有过压保护，过压加放电过流保护，以及过压加放电过流加过热保护。不过一般来说，电池组要么需要保护IC只提供最基础的过压保护，要么提供全集成的各种保护功能。
 
一些简单的电池组可能只需要基本的过压保护（OVP），电池保护器件在高放电/充电电流运行或电池过度充电情况下提供一个针对过流保护的精确监控和触发阈值。一般这类只做过压保护的IC都会监控外部功率FET，以便在高充电或放电电流时提供保护。有些过压保护IC会集成电荷泵FET驱动器，为单节锂电池提供高侧初级电池保护，实现所有电池电压的R_dson的一致性。就过压保护来说目前这些最基本的电池保护IC行业领先的精度在±10mV左右，欠压保护精度在±20mV左右。
 
实现一整套的电压、电流和温度保护功能的电池保护IC现在更多见，可独立监控每节电池是否具有过压、欠压和开路情况。过热检测大部分的做法都是通过增加外部NTC或PTC热敏电阻来实现。
 
有的电池保护器还通过集成式FET实现了无需MCU控制的智能电池平衡算法。均衡功能的加入，能够在充电时，自动为高压满电的电池放电，保持串联中电压低的电池充电，从而使电池组达到平衡，在多节电池中，电池平衡功能是非常重要的。
 
初级与次级保护
 
在一些高芯数的电池组中，过压保护放电过流保护过热保护不足以满足电池组需求，这个时候就需要上面提到的具有电池自主平衡功能的电池保护IC，这类保护IC通常作为初级保护器，这类器件控制充电和放电FET以响应不同类型的保护故障。
 
而在检测到过电压情况时将保险丝将熔断以防止电池组过充电的保护器属于次级保护，这是比FET安全系数更高的响应。一般需要次级保护时，电池系统需要配置电池监视器或电量监测计，因为要将电池电压和电流传输到MCU以进行系统级决策，电池监视器一般选择得更多。
 
次级保护器独立监控每节电池是否具有过压状态，根据配置如果多节电池中的任何一节存在过压，次级保护器会在经过固定的延迟后会触发一个输出，在过压状态满足指定的延迟计时器条件后，该输出触发为高电平状态将保险丝将熔断。
 
小结
 
锂电池保护芯片把关电池组安全，起到防止电池过充，过放以及过流的功能。随着多节锂电池的应用越来越多，大容量的电池组对保护IC的要求也越来越高，在保证电池组各项安全的前提下，电池保护IC还需要对电池进行均衡，消除电池个体压差提升电池组的使用性能。